第八章 地层与地质年代 地质学基础教学课件

晚世（上统） 中世（中统） 早世（下统）
晚二叠世（上二叠统） 二叠纪（系）
早二叠世（下二叠统）
晚寒武世（上寒武统） 寒武纪（系） 中寒武世（中寒武统）
早寒武世（下寒武统）
熟背地质年代表（P216）
因此划分出了地质年代单位和年代地层单位，一般分为：
地质年代单位 宙 代 纪 世 期 时 年代地层单位 宇 界 系 统 阶 带 牢记区别
2026±284
1303±370
979±365
1639±384
915±299
1812
1643
第八章 地层及地质年代
黄勇
第二节 地质年代表
一、地质年代表的建立
——把不同地区的沉积地层，根据化石和岩性（主要 是化石）进行详细的分析研究和对比，弄清它们之间的相互关 系，按先后（新、老）顺序连接起来，就建立起了完整的地层 系统。根据地层系统建立一个比较完整的地层系统表，结合同 位素年龄，生物演化的顺序、过程、阶段、老的构造运动、古 地理环境变化等，将地壳的全部历史划分成许多自然阶段，即 地质年代，按新老顺序进行地质编年，就构成了地质年代表。
地球的历史分为两大时期： 天文时期——38亿年前，为行星形成和发展时期，属
天文学研究的范畴。
地质时期—— 38亿年以来，即地壳 形成以来的地质发展 时期。
古生物地史学—— 就是要研究在地质时期， 古地理沉积环境和生物的演化史、地壳运动史、岩浆活动史 以及变质史。
一、前震旦纪 从地壳形成至震旦纪以前（38－8亿年前）历时30亿年。
2.绝对年代——依据同位素年龄测定地质体形成或地质 事件发生时距今多少年。
在描述地球历史或地质事件的年代时，两者都很重要。
第一节 地质年代的确定
研究地壳历史的依据
1.岩浆岩、沉积岩和变质岩，三大岩类的岩石性质和 分布特点（恢复当时的形成环境） 。
虚构的地层露头剖面
E FG H
花岗岩
岩墙
B A
D C
铀-235(U235） 铅-207(Pb207） 7.13亿年 钾-40（K40） 氩-40(Ar40） 15亿年 钍-232(Th232） 铅-208(Pb208) 139亿年 碳-14（C14） 氮-14(N14) 5692年
碳－14半衰期较短，专用于测定最新的地质事件和考古材料
同位素年龄具有一定的误差，但对于无化石的前寒武纪 以及岩浆岩、变质岩等的年代是非常重要的依据。
包括太古代、早、中元古代和晚元古代早期。
（一）太古代 距今约38亿年－25亿年，其特征是：
1.地壳很薄，断裂构造、 火山活动极发育。
2.产生了原始海洋和原始大陆。
3.开始有了外力地质作用， 并形成沉积岩。
4.距今约32亿年首次出现了无细胞核的原核生物（原始细菌 和藻类）。
（二）早中元古代－晚元古代早期 距今25亿年至8亿年。特征是：
中国大陆地壳形成年龄（单位：百万年）
上部地壳 沉积-变质地壳 花岗岩Nd模式年龄
2852±371
2921±348
2517±225
1659±341 2766±232
2289±595
1546±303
1880±497 (平均值）
2237±301 2016±476
1560±372 2395±232
1559±454
3.生物界大发展时期 ①陆生植物第一次大发展， 蕨类植物兴盛。 ②脊椎动物从水到陆的飞跃，鱼类、两栖类动物空前繁盛。 ③早古生代兴盛的三叶虫、笔石、鹦鹉螺类等大量减少，最终 灭绝，珊瑚、菊石类等开始繁盛。
4. 海西运动形成了乌拉尔褶皱山脉、阿 帕拉契山脉以及我国的天山、昆仑山、北 山、大小兴安岭、长白山等褶皱山脉，同 时伴有大量的花岗岩浆侵入。
断层 A 砂岩层
岩墙 A 页岩层
岩浆侵入体B 断层 B
由最老到最新: 砂岩层，断层A，页岩层，断层B，岩浆侵入体A， 岩浆侵入体B，岩墙A，
岩浆侵入体A
断层 A 砂岩层
岩墙 A 页岩层
岩浆侵入体B 断层 B
二、同位素年龄（绝对年龄）的测定
根据地层中所含放射性元素及其衰变产物的含量比例， 再根据其衰变常数（半衰期）来计算出矿物或岩石的年龄。
第八章 地层与地质年代
西南石油大学资源与环境学院 黄 勇
第八章 地层与地质年代
黄勇
主要内容： • 地质年代的确定（掌握几个定律） • 地质年代表（记住） • 地壳历史简述（了解）
地质年代——指地质体形成或者地质事件发生的时代。 分为：
1.相对年代——根据生物的演化顺序和岩石的新老关系, 确定地质体形成或地质事件发生的先后顺序。
三、晚古生代 距今4.09亿年至2.5亿年，历时约1.6亿年，包括：
泥盆纪、石炭纪、二叠纪。 特征是：
1.地壳运动较为激烈，形成 第二次大海侵，但比早古生代 范围小。我国二叠纪华北上升 为陆，形成南海北陆的局面。
2.二叠纪以来,地球上各个 古陆聚合形成联合古陆，赤道洋 消失，乌拉尔海消失，形成了 特提斯海(古地中海)
t＝
半衰期 0.693 Ln(N/N0)
t –被测对象的年龄，年；
(N/N0) –现今母体原子的数量与 原始母体原子的数量之比
应用举例：用U－Pb法（235U－207Pb）计算一种矿物的年龄
• 查表知半衰期为 7.13 亿年 • 实验室测得该矿物中现存 44万 个235U原子，并根据矿物中
207Pb原子的数量得知在该矿物结晶时有120 万个235U原子 （假定在矿物结晶时矿物中没有207Pb原子） • 将以上数据带入公式，计算出该矿物的年龄约为 10.32 亿年 （即该矿物形成于10.32 亿年前）
顶部依次变新。
E、F、G、H层： E最老，H最新
E FG H
A、B、C、D层：若将它们“恢复”到倾斜 前的原状（即水平状），则可知A最老，D最 新
花岗岩
B A
D C
✓横向连续原理：原始沉积层横向延展，直至在其边缘变薄尖灭
E、F、G、H层：位于河谷两侧的对应层 E F G H 在河谷切割前应是连续的。
✓ 原始水平原理：沉积岩层在沉积时呈水平状或近水平状
湖底或海底 的沉积物层
较新的 较老的
✓ 原始水平原理：沉积岩层在沉积时呈水平状或近水平状
• 若未经构造扰动（断裂、掀斜、褶皱），沉积岩层将保持其原始水平状态
✓ 原始水平原理：沉积岩层在沉积时呈水平状或近水平状
• 若岩层是倾斜的，就意味着在岩层沉积后发生过某种构造扰动。
死亡后：
停止吸收，14C的含量 相对于12C逐渐减少
Once found: The ratio of C14 to C12 can be measured for the number of half-life reductions
找到后：
可测定14C与12C的比率， 求取经历的半衰期数
同位素年代测定的计算公式：
1.地壳运动、岩浆活动 和变质作用强烈而广泛， 但比太古代弱得多。
2.出现了大量最原始的 具有真核细胞的蓝绿藻和 细菌。陆地上岩石裸露， 一片荒凉。
3.游离氧增多，出现了 代表氧化环境的红色地层
总之，前震旦纪是地壳运动岩浆活动最强烈的时期，晋宁 运动结束了本阶段的历史并形成了地球上地台的褶皱基底。如 我国中朝准地台，扬子准地台、塔里木地台的褶皱基底。太平 洋因岩石圈拉张断裂的发展而开始形成。
花岗岩wk.baidu.com
B A
D C
（三）化石层序律（生物层序律） 化石——埋藏在岩层中的古代生物遗体或遗迹。
恐龙足迹（遗迹化石）
生物的演化是从简单到复杂，低级到高级不断发展的， 岩层中所含的化石也具有一定的规律，岩石年代越老，生物 化石越原始、越简单、越低级。岩石年代越新、生物化石越 复杂越高级。
化石层序律——根据新老不同的地层中的化石（特别 是标准化石等），就可以确定化石之间的相对新老关系， 并以化石来确定地层的相对新老关系的方法。
三、古地磁法测定岩石年龄
——地质历史中地磁的南北极是不断变换的，每一磁性 的延续时间也不相同。因此，测定岩石的极性，确定该极性的 延续时间，并通过与已知的标准值对比，就可以推算该岩石的 形成年代。
该方法只能用于中生代以来的岩石年龄测定，因为对更老 的岩石尚未建立起可资比较的“标准”。
华北地台 华南地区 塔里木地台 秦岭造山带 大别造山带 滇藏造山带 北方造山带 平均值
不是所有的同位素都能使用，一般是用半衰期较长的 同位素；一般用钾－氩、铷－锶、铀－铅等来测定较古老 岩石的地质年龄。
表6-1 用于测定地质年代的放射性同位素
母体同位素
子体同位素 半衰期 母体同位素 子体同位素 半衰期
铀-238（U238） 铅-206(Pb208） 45亿年 铷-87(Rb87） 锶-87(Sr87） 500亿年
1.宙一般是以生物演化来划分的。 2.代一般是以生物演化和大的地壳运动划分的。 3.纪、世一般是以生物演化和古地理环境变化来划分的。
二、岩石地层单位的概念 在实际工作当中，还常用到岩石地层单位（地方性地层单
位），是根据地层的岩性特征进行分层，并且建立起地层系统 和层序。一般分为：群、组、段、层
第三节 地球的演化简述
二、震旦纪和早古生代
距今8亿年到4亿，历时 约4亿年，包括：震旦纪、 寒武纪、奥陶纪、志留纪。
其特征有：
1.地壳运动相对比较平静。
2.是一个大海侵时期， 海洋面积比现今更为辽阔。 构成一个海进—海进高潮—海退旋回。
北半球除俄罗斯外都被海水淹没，而 南半球具有一个由现今非洲、南美洲、 澳洲、南极洲、印度等陆块组成的巨大 古陆，称为“冈瓦纳古陆”。
14C法年代测定的原理
While alive: Assimilates both C12 and C14
活着时： 既吸收12C也吸收14C
After it dies: stops assimilation, and the amount of C14 declines relative to C12
地层划分与对比及综合地层柱状图
化石可用于对比相距很远的地层
在泥地上 留下足印
恐龙倒下死去
侵蚀作用使得含 恐龙骨骼和足印 的地层出露地表
软体腐烂， 骨骼存留
水面上升；沉 积物将骨骼和
足印埋藏
在骨骼之上堆积 了厚层沉积物；
骨骼逐渐石化
本层包含 恐龙骨骼
（四）切割律或穿插关系
1.喷出岩相对年代确定——根据地层层序和其上、下地层中 的化石来确定。
✓ 原始水平原理：沉积岩层在沉积时呈水平状或近水平状
湖泊或海洋中的沉积
这些岩层在其沉积之后 的某个时候受构造扰动 而变成倾斜状
沉积物呈水平层状沉积
E、F、G、H层：沉积后未经构造扰动
E FG H
A、B、C、D层：已发生构造扰动（倾斜）
花岗岩
B A
D C
✓ 叠置原理：在未经扰动的岩石层序内，岩层由底部向
F：岩浆侵入体
切割关系原理
断层和岩浆侵入体的年代晚于被其 切割或穿越的地层。
图中：A－岩浆侵入体；H－断层
地层或事件 相对年代顺序
A
8
B
11
C
4
D
7
E
1
F
12
G
2
H
5
K
10
L
3
M
6
N
9
课堂练习：
分成2人小组，花几分钟时间，按由最老到最新的时序确定下图中 地层／地质体／地质事件的相对年代
岩浆侵入体A
地质年代表
新生代(界)
中生代(界) 显生宙 (宇)
第四纪(系) 新近纪(系) 古近纪(系)
白垩纪(系) 侏罗纪(系) 三迭纪(系)
同位素年龄(百万年）
Q
0
R
65
K
J
T
250
二叠纪(系) P
石炭纪(系) C
泥盆纪(系) D
古生代(界) 志留纪(系) S
奥陶纪(系) O
寒武纪(系) C
540
纪（系）
• 利用化石进行地层对比
地史上生物的演化呈渐 进的、不可逆的系统方式
一些生物只存在于地质 历史的某些特定时段
时
因此地层的相对年代可 间 用所含化石进行标定
“标准化石” －分布的地理区域广 －生存时间短 －分布数量多 －特征显著
含化石A和B的 地层的年代
地层层序和化石层序是相辅相成的，根据地层层序律 确定地层新老，可以帮助确定化石的新老；反过来，根据 地层中化石的新老，也可以确定地层的新老。这样经过多 年的对比积累就能建立起地层顺序。
2.侵入岩相对年龄确定：
根据侵入、包裹、切割或
6
穿插关系来确定。
侵入关系：侵入者年代新、 被侵入者（围岩）年代老。
包裹关系：包裹者年代新、 1 被包裹者年代老。
切割或穿插关系：
3
4
5
2
切割或穿插者年代新、被切割或被穿插者年代老。
✓ 切割关系原理：
断层和岩浆侵入体的年代晚于被其切割或穿越的地层。
不整合面
3.我国除个别岛屿外也是一片汪洋。 4.震旦纪中期出现了地史上第一个冰川时期。 5.三叶虫、腕足类、头足类、笔石、珊瑚等海洋生物开始繁盛， 出现了大量无脊椎动物，到志留纪时，原始鱼类和植物登陆。
祁连山
6.志留纪末期，加里东运动使海面缩小、陆地扩大，形成了一些 新的褶皱山脉，如我国的祁连山褶皱带、华南褶皱带。